2019巖土工程師基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)：地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)

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地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用的概念

(一)基本概念

建筑結(jié)構(gòu)常規(guī)設(shè)計(jì)是將上部結(jié)構(gòu)、基礎(chǔ)與地基三者分離出來作為獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行力學(xué)分析。分析上部結(jié)構(gòu)時(shí)用固定支座來代替基礎(chǔ)，并假定支座沒有任何變形，以求得結(jié)構(gòu)的內(nèi)力和變形以及支座反力;然后將支座反力作用于基礎(chǔ)上，用材料力學(xué)的方法求得線形分布的地基反力，進(jìn)而求得基礎(chǔ)的內(nèi)力和變形;再把地基反力作用于地基或樁基上來驗(yàn)算承載力和沉降。這種方法忽視了地基、基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)在接觸部位的變形協(xié)調(diào)條件，其后果是底層和邊跨梁柱的實(shí)際內(nèi)力大于計(jì)算值，而基礎(chǔ)的實(shí)際內(nèi)力則比計(jì)算值小很多。因此，合理的設(shè)計(jì)方法應(yīng)將三者作為一個(gè)整體，考慮接觸部位的變形協(xié)調(diào)來計(jì)算其內(nèi)力和變形，這種方法稱為上部結(jié)構(gòu)和地基基礎(chǔ)的共同作用分析。

(二)地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用分析方法的主要考慮因素

1.上部結(jié)構(gòu)剛度對(duì)共同作用的影響

上部結(jié)構(gòu)剛度是指上部結(jié)構(gòu)對(duì)基礎(chǔ)不均勻沉降或彎曲的抵抗能力，包括水平剛度、豎向剛度和抗彎剛度的綜合。結(jié)構(gòu)剛度和施工條件有著密切的關(guān)系，共同作用分析時(shí)要考慮剛度的形成方式。

結(jié)構(gòu)剛度能大大改善基礎(chǔ)的縱向彎曲程度，如考慮剛度“一次形成”，其縱向彎曲約為絕對(duì)柔性基礎(chǔ)的十分之一;對(duì)于框架結(jié)構(gòu)的柱荷載，考慮共同作用時(shí)邊柱荷載隨層數(shù)增加而增大，例如8跨框架增加到15層時(shí)，邊柱荷載增加了40%，而內(nèi)柱則普遍卸載;對(duì)于剪力墻結(jié)構(gòu)，底層兩端的板墻均出現(xiàn)應(yīng)力集中的現(xiàn)象;隨著建筑物層數(shù)的增加，箱基和上部結(jié)構(gòu)作為一個(gè)整體的中性軸逐漸上移，箱形基礎(chǔ)頂板鋼筋應(yīng)力從壓應(yīng)力逐漸向拉應(yīng)力轉(zhuǎn)化。

2.地基土性質(zhì)與計(jì)算模型的影響

基礎(chǔ)與地基土之間的相對(duì)剛度不同會(huì)影響接觸面的反力與變形?；A(chǔ)剛度較大而地基土較軟弱時(shí)，地基反力近似于線形分布;如地基土堅(jiān)硬而基礎(chǔ)剛度較小時(shí)，荷載與地基反力兩者的分布有著明顯的一致性，而基礎(chǔ)內(nèi)力很小;實(shí)測(cè)資料亦表明，軟土地基采用彈塑性地基模型的計(jì)算結(jié)果比線彈性模型更接近于實(shí)測(cè)結(jié)果。

隨著地基抵抗變形能力的增強(qiáng)，考慮地基基礎(chǔ)和上部結(jié)構(gòu)共同作用的意義將相應(yīng)降低，對(duì)于高壓縮性地基土上的框架結(jié)構(gòu)和剪力墻結(jié)構(gòu)，常規(guī)設(shè)計(jì)的結(jié)果常使上部結(jié)構(gòu)偏于不安全，而基礎(chǔ)設(shè)計(jì)則偏于不經(jīng)濟(jì)。

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